CN104641325B - 触摸感应显示器的改进 - Google Patents

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Abstract

公开了一种触摸感应显示器及其操作的方法。该显示器包括传感器，该传感器具有电极的输入阵列以及电容性地耦合到其上的电极的输出阵列；以及控制器，该控制器可操作以在所述输入阵列的每个交点处执行扫描操作。该扫描操作包括：测量交点的触摸值；确定关于所述交点的所述触摸值和基准触摸值之间的比例差，作为所述基准触摸值的比例，其中，所述基准触摸值指示传感器上没有触摸事件；以及将所述比例差与预定的比例触摸阈值进行比较，以便确定在该点是否有触摸事件。

Description

触摸感应显示器的改进
技术领域
本发明涉及用于探测在触摸感应显示器中使用的用户触摸输入的装置，以及特别是用于探测用户多点触摸(即，同时来自用户的多于一个的触摸输入)的装置。
背景技术
配备有触摸感应显示器的个人计算设备被广泛所知和被广泛使用。这种显示器允许用户通过“触摸输入”(即通过触摸通常被布置在显示屏上方的触摸感应面板)来控制设备。
所谓“多点触摸”技术的最新进展已经使多点触摸设备得到了发展，由此，设备的触摸感应显示器可以获得来自由用户的多个同时触摸的控制信息。多点触摸技术提高用户对设备的控制程度并增加了设备的有用性和满意度。
多点触摸技术的发展已经主要局限于较小规模的个人计算设备，例如智能电话和平板电能。然而，公认的是，在其它领域提供多点触摸感应显示器可导致其他类型的改进的设备。
传统的多点触摸显示设备使用所谓的“互电容”技术，由此，监测通过电容耦合的能力从第一组导体(即电极)转移到第二组导体的电荷电平。这一电荷转移中的减少表示用户触摸。可以使用其他技术来探测用户触摸，例如所谓的“自电容”技术，由此，监测在网格图案中布置的分离导体的电容的变化。然而，基于自电容的技术在试图区分多个同时触摸时表现较差，因此并不适合用于多点触摸应用。
传统的基于互电容的多点触摸显示设备包括在叠放在显示屏上的触摸感应面板。该触摸感应面板包括第一(输入)阵列层和第二(输出)阵列层，该第一(输入)阵列层包括第一组导电电极，该第二(输出)阵列层包括第二组导电电极。第一阵列层和第二阵列层通过一些绝缘层相隔，并放置在通常由玻璃制成的透明的保护基板下方。第一组电极和第二组电极是由氧化铟锡(ITO)制成。ITO沉积在足够薄的层时变得透明并且通常被认为是在显示屏上方放置的面板中所使用的最好的材料。
第一阵列层的电极被布置成使得与第二阵列层在一些交叉点处交叉。在各个交叉点监测由于第一层的电极和第二层的电极之间的电容耦合导致的电荷转移。当在交叉点处探测到电容耦合转移的电荷电平的降落时，探测到用户触摸(例如，用户将手指或电容笔紧密贴近或物理地接触触摸感应面板)。这是由于电荷将以另外的方式已经在交叉点处从一个电极层转移到另一电极层，而不是被转移到用户(或笔)。
用于提供触摸感应面板用于多点触摸设备的传统技术有许多缺点。特别地，来自输出电极阵列的信息处理可可能非常集中，减少响应和降低了用户体验。这样的一个例子是在每个交叉点处重复每个感测扫描的可感知需求，以最小化噪声的影响。
期望的是，减少触摸感应显示器的处理开销。
在本发明的第一方面，提供了一种触摸感应显示器，该触摸感应显示器包括传感器，该传感器具有电极的输入阵列，及与其电容性耦合的电极的输出阵列；其中所述触摸感应显示器包括控制器，该控制器可在所述输入阵列的每个交点处操作以执行扫描操作，所述扫描操作包括：
测量交点的触摸值；
确定关于所述交点的所述触摸值和基准触摸值之间的比例差，作为所述基准触摸值的比例，其中，所述基准触摸值指示在传感器上没有触摸事件；以及将所述比例差与预先确定的比例触摸阈值进行比较，以便确定在该点处是否有触摸事件。
所述控制器还可操作来测量每个交点的所述基准触摸值。
所述比例触摸阈值可以被定义为触摸值和基准触摸值之间的差值，作为基准触摸值的比例，指示有触摸事件。
所述预定比例的触摸阈值可以设置在5％至50％之间的任何值，或在10％和30％之间的任何值。
所述传感器可以被操作，使得施加到所述输入阵列的电极中的一个上的电压变化引起输出阵列电极上的电压脉冲，该电压脉冲的幅度指示触摸事件。
所述电极的输入阵列和所述电极的输出阵列中的每个电极可以包括用绝缘涂层单独绝缘的导线。该导线可包括金属电极材料，例如铜、镍、钨、或类似物。该导线直径可为8μm至18μm。绝缘涂层可以包括聚氨酯涂层。绝缘涂层的厚度可以是1μm至2μm。
在一些实施例中，所述电极的输入阵列中的电极被布置成基本上垂直于所述电极的输出阵列中的电极，每个交点位于输入电极交叉输出电极处。
所述电极的输入阵列和所述电极的输出阵列可相对于彼此叠置，以便在面板中形成单个电极阵列层。根据这些实施例，电极可以作为单层和在单独的加工步骤中铺设在支撑基板上。
所述控制器可布置成用于通过发送输入电极上的脉冲和监测在一个或多个输出电极上相应的脉冲能量来探测交叉点处的触摸，由于输入电极和一个或多个输出电极之间的电容耦合产生所述相应的脉冲。一旦控制器单元探测到，相比于其他输出电极和/或者在较早的时间的相同的输出电极，输出电极中的一个上的脉冲能量减少，则可以在交点上探测到触摸，所述输出电极中的一个对应于交点。
在本发明的另一个方面，提供了一种操作触摸感应显示器的方法，所述触摸感应显示器包括传感器，所述传感器具有电极的输入阵列，及与其电容性耦合的电极的输出阵列；所述方法包括，在所述输入阵列的每个交点执行扫描操作，所述扫描操作，包括：
测量交点的触摸值；
确定关于所述交点的所述触摸值和基准触摸值之间的比例差，作为所述基准触摸值的比例，其中，所述基准触摸值指示传感器上没有触摸事件；以及将所述比例差与预先确定的比例触摸阈值进行比较，以便确定在该点处是否有触摸事件。
本发明的各个其他方面和特征在权利要求中进行了限定。
还描述了一种触摸感应显示器，该触摸感应显示器包括传感器，该传感器具有电极的输入阵列以及电容性地耦合其上的电极的输出阵列；其中，所述触摸感应显示器包括控制器，该控制器可操作以：
在所述输入阵列和输出阵列的每个交点处执行扫描操作，从而获得每个点的触摸值，所述触摸值指示在该点是否有触摸事件，所述交点被布置为子集；
将所述触摸值与预定的第一阈值比较；以及
只处理那些子集，所述子集包括至少一个交点，该交点具有超过第一阀值的触摸值。
为避免产生疑问，应当理解，超过阈值的触摸值不一定指的是幅度较大的触摸值。当由于触摸，触摸值与未接触的“基准”值相比为减小时，超过第一阈值，将包括，触摸值下降到低于(在幅度上)第一阈值。
所述交点可布置成行和列，其中，所述子集是所述行或所述列。在一个具体实施例中，该控制器还可操作，以确定和比较当所述子集是行时在执行处理步骤中所需要的处理努力和当所述子集是列时在执行处理步骤中所需要的处理努力，并且根据哪一个需要最少的处理努力而选择为行或列的子集。所述确定可以基于以下确定：具有触摸值超过第一阈值的至少一个交点的行数的确定、具有触摸值超过第一阈值的至少一个交点的列数的确定、以及每个行和列中的交点数量。
所述子集中的每个可以具有分配给它的计数器，所述计数器递增用于每个交叉点具有超过所述第一阈值的触摸值，所述交点包括在其相应的子集内。或者，所述子集中的每个可具有归属于其的二进制标志，如果二进制标志对应的子集包括具有超过第一阈值的触摸值的交点，那么所述二进制标志被设置。
所述预定的第一阈值的电平可以低于指示触摸事件的触摸阈值的电平。
还描述了一种触摸感应显示装置，包括：
传感器，包括电极的输入阵列，及其电容性地耦合到其上的电极的输出阵列；
多个接收电路，每个接收电路可操作来同时接收来自电极的所述输出阵列的不同电极的信号；
其中，所述接收电路各自包括模拟数字转换器。
每个接收电路可以包括峰值探测器和放大器。
输出电极的所述阵列的不同子集中的每一个可以被连接到不同的接收电路，使得每个接收电路被设置为接收来自所述电极的输出阵列的特定子集的输入。所述电极的输出阵列可以均匀地分布到所述子集。所述电极的输出阵列可以包括平行的行，所述装置被布置成使得所述电极的输出阵列以交错的方式分配到所述子集中，使得相邻的电极不在同一子集以及不连接到相同的接收电路。在一个实施例中，其中存在n个接收电路，所述电极的输出阵列的每个第n个电极依次可以连接到相同的接收电路。“行”在该上下文不能被视为指示方向，并且可以意指垂直的列或布置成水平地穿过传感器的行。
还描述了一种触摸感应显示器，该触摸感应显示器包括传感器，该传感器具有电极的输入阵列，及与其电容性耦合的电极的输出阵列；其中，所述触摸感应显示器包括控制器，该控制器可操作以：在所述输入阵列和输出阵列中的每个交点处执行扫描操作，以获得触摸关于每个交点的触摸值，所述触摸值指示在交点处是否有触摸事件；以及仅在交点处的触摸值满足预定标准时重复针对该交点的所述扫描操作，在交点处的触摸值不满足所述预定标准时则不再进行针对该交点的扫描操作。
所述控制器可操作以比较所述触摸值与预定的重采样阈值，其中所述预定标准包括所述触摸值超过所述预定的重采样阈值。
为避免产生疑问，应当理解，超过所述阈值的触摸值在这里不一定指的是幅度较大的触摸值。当由于触摸，触摸值与未接触的“基准”值相比为减小时，超过预定的重采样阈值，将包括，触摸值下降到低于(在幅度上)预定的重采样阈值。
所述预定的重采样阈值的电平可以低于指示触摸事件的触摸阈值的电平。
针对被重复进行扫描操作的每个交叉点处，重复的扫描操作的结果可被平均。在1和20之间的重复扫描可以被执行用于这些交点的每一个上。
附图说明
现在仅以举例的方式，通过参考附图，描述本发明的实施例，其中：
图1示意性地示出了适用于本发明的实施例的触摸屏传感器；
图2示出了适用于本发明的实施例的触摸屏传感器的具体实现；
图3a和图3b是示出互电容PCT传感器的基本工作原理的示意图；
图4示意性地示出了根据本发明的实施例的触摸感应设备；
图5示意性地示出了图4的接收电路的细节；
图6是示出了改进的重采样方法的流程图；
图7示出了示例性的屏幕输出，其示出了图6中所示的方法的性能增益；
图8是示出用于探测触摸的方法的流程图；
图9a和图9b是示出用于探测触摸的改进的方法的流程图；
图10示出了示例性的屏幕输出，其示出了图9a和9b中所示的方法的性能增益；
图11示意地示出了具有并联接收电路的触摸感应设备装置；
图12示出了输出电极布置；以及
图13示出了改进的交错的输出电极布置。
具体实施方式
触摸屏是本领域公知的。它们是通过在屏幕表面上感应触摸物体的存在而进行工作的。有许多不同的触摸屏实现，每个都有它们各自的优点和缺点。称为多点触摸屏的一些触摸屏能够解决两个或多个在屏幕上的同时触摸。
电容触摸屏影响局部位于屏幕表面的电容的导电物体(例如，手指)。可以使用不同的技术来确定触摸的位置。然后，将位置发送到控制器进行处理。互电容的投射式电容式技术(PCT)是电容性触摸技术的变体。将电压施加到电极的网格产生静电场，该静电场可以被测量。当导电物体接触到PCT面板，它扭曲该点处的局部静电场，导致电容的测量变化。该电容可以在网格的每个单独的点处改变和测量。
图1示出了触摸屏传感器100，例如在本发明的实施例所使用的。它包括输入电极(列或x电极)120和输出电极(行或y电极)110。在每个行/列交点或交叉点处不存在直接的电连接，因为输入和输出电极被电隔离。相反，由于在该点处输入电极和输出电极接近，所以在交点处形成电容器。电极110，120可以层叠在一片玻璃上。这是可以实现的，例如，通过分别在导电材料的两个垂直层上蚀刻列电极和行电极，使用平行线或平行轨迹以形成网格。这些布置可以使用氧化铟锡(ITO)涂层以产生相互绝缘的电极。
图2示出了这种布置一种新的替代形式，并且详细描述于由本申请人在该申请的同日申请的许多其它的专利申请中。在该装置中，电极200包括绝缘导线的阵列。该电极200通过一层黏合剂220连接到前玻璃基板210。电极200的层在它们的另一侧由保护层230保护，该保护层230可以包括PET膜。
电极200可以包括例如8μm至18μm厚的铜线。这种绝缘可包括1μm至2μm厚的聚氨酯绝缘。这允许输入和输出电极200在相同的层上彼此交迭地沉积而彼此不短路。由于输入和输出电极200可沉积在单个层上，可以实现比现有的传统ITO传感器结构简化的多点触摸传感器结构。
图3a和3b说明互电容PCT传感器如何工作的基本原理。它示出了输入电极300和输出电极310，这两种电极分别形成输入阵列(或X-阵列)和输出阵列(或y阵列)的一部分。能量脉冲被传送到输入电极300，且在每个输入电极和输出电极的交点，通过输出电极310经由电容耦合(由电场线320表示)而被接收。电子电路(由放大器330表示)测量输出阵列中所接收的能量，在这里由仪表340a象征性地表示。图3b显示了导电物体(这里是手指350)被施加到传感器时所发生的情况。所施加的手指350将能量320中的一部分电容耦合离开至地面，任何剩余能量由电极的输出阵列接收。因此，仪表340b示出具有比仪表340a低的读数。这种能量的下降是可测量的，并且其位置可确定用于每个触摸，即使在此有多个同时触摸。
图4示意性地示出了一种包括传感器400的触摸感应装置。如之前一样，该传感器包括电极的输入阵列420和电极的输出阵列410。典型地，传感器可以具有80个输入电极和48个输出电极。使用电平产生电路430经由多路复用器440依次迅速地增加输入电极中的每一个上的电压。结果，在输出电极中的每一个上出现一个小脉冲，脉冲的尺寸依赖于电容耦合的程度。通常用于输入电极的一个上的+24伏的摆幅，每个输出电极接收(大约)50mV脉冲。如果手指接触了特定交点附近的传感器玻璃，这是大约减小了三分之一。在每个输出电极上的脉冲依次经多路复用器450由接收电路460接收，然后由微处理器470进行测量和处理。微处理器470可控制该触摸感应装置的一些或所有方面，包括触摸探测所需的计算。
图5示出图4的接收电路460的一种可能的实现方式。该电路包括放大器500、峰值探测器输入开关510、包括二极管520和电容器530的峰值探测器515、复位开关540和模拟数字转换器(ADC)550，如所示布置。
多路复用器450按序将接收电路460连接到输出阵列410的每个输出电极。以这种方式，脉冲信号V输入由接收电路460接收。运算放大器500将信号V输入放大到(例如)大约1.5V脉冲。峰值探测器输入开关510使得该信号能够被提供给峰值探测器515。峰值探测器515识别信号的最大电平。峰值探测器输入开关510然后断开该输入电平，使得峰值探测器515保持该峰值。ADC 550取样在峰值探测器515上储存的电平。最后，复位开关540被操作以短路峰值探测器电容器530并将峰值探测器上的电平返回至零。
峰值探测器515的使用是有益的，因为脉冲的定时不是关键。然而，简单的“采样和保持”可用于替代(例如，通过从电路中去除二极管520)。这两种机制对于噪声排斥反应和EMC性能具有不同的特性。
触摸上的再取样
完整的传感器扫描包括许多硬件扫描操作，每个评价一个输入电极和一个输出电极之间的电容耦合。扫描整个传感器一次所需的硬件扫描操作的数量是：
Nx*Ny
其中，Nx是输入电极的数量，以及Ny是输出电极的数量。
然而，所述测量值包括某种噪声的电平。出于各种原因，最小化噪声是重要的，例如，避免假的触摸和获得良好的触摸定位精度。从而，对于每一次完整的传感器扫描操作，多个扫描操作应当在每个交点上执行，(例如)通过对它们进行平均将结果组合起来。在每次完整的传感器扫描中执行和平均的硬件扫描的典型次数可以是三次。因此，完整的传感器扫描所需的硬件扫描操作的次数可以是：
Nx*Ny*3
这比单个扫描花费更长的时间，并且导致了帧速率降低。这最终使触摸操作的用户体验感觉较慢，或执行不太好。例如，在画圆时存在减小数量的点，使得圆相当断续地出现。
因此提出仅在可能接触或其附近的点处进行多次采样。“触摸上的重采样”操作提供以下优点：减小噪声，同时避免了更多的额外时间开销。图6是描绘这种操作的一个流程图。在步骤600，考虑新的交点，并且在步骤610，进行扫描。来自该扫描的测量在步骤620与阈值进行比较。只有当扫描测量超过该阈值时，该点被重采样和平均(步骤630)。例如，另外两次扫描可以在该步骤期间执行。然而，如果在步骤620的比较小于阈值时，重采样步骤630被省略。在步骤640确定所有的交点是否已经被扫描完：如果是，则扫描停止650；如果否，扫描返回到步骤600，并且重复下一个交点的例程。
通过采用该方法，硬件扫描操作的总数变为：
(Nx*Ny*1)+(NT*s)
其中，NT是所测量的超过阈值的点的总数，并且s是在这些点处执行的额外扫描的次数(例如，其可以是两次)。
处理努力中典型的减少可以从图7中所示的下面的例子中看出。其显示具有16*16个单元的屏。每个单元所示数量是相对扫描的测量结果(任意单位)。在该实施例中，触摸阈值电平上的重采样已经被设置为与触摸阈值电平相同，尽管它们可以是不同的。纯粹出于说明的目的，此处的阈值电平是10，使得触摸被探测，并且对所有测量超过10的单元进行重采样。这个屏幕的正常的完整扫描将采取16*16*3＝768操作。
该屏幕示出了具有被触摸的四个点。最暗单元是被测量超过触摸/重采样阈值电平的那些(一次触摸可能引起一个以上的相邻单元被测量超过触摸阈值)。这里有七个这种单元。因此，使用图6的方法进行完整扫描，并在被测量超过阈值的每个位置处采集三个样本，导致硬件扫描操作的总数为：
16*16*1+7*(3-1)＝270
如前所述，重采样阈值电平可以被设置低于触摸阈值电平。使用图7的例子，其中重采样电平说明性地设置为5，可以看出仅另外的13个单元(被示出为具有较浅阴影的单元)需要重采样。其结果是，总共296次完整扫描的硬件操作。
高质量信息仍然可在所有触摸位置处获得，它们可以用于做出好的位置估计。所增加的速度是由于不需要在未被触摸的位置处收集减小的噪声信息中浪费努力。在所示出的这一具体例子中，所需的硬件扫描操作的数量已经从768减小到270，或减小65％。这种节省可以用于节省能量或减少硬件资源或处理努力，或者用于增加帧扫描速率。
上述例子针对在16*16网格上进行四次触摸。加速的比率随接触的数量和尺寸、传感器尺寸、阈值限制和重采样的数量进行变化。较大的屏幕，例如，将不仅具有较大的网格，而且通常需要更多的重采样以充分减少噪声(例如5倍)。因此，可以实现用于这些屏幕的更高的效率节省。
行/列消除
为了探测触摸，提供了一种区域探测器，其识别来自扫描数据的阵列的各个接触。这通过识别扫描数据中的局部峰值来实现。图8示出了这可以如何被实施。针对每个交点(步骤800)中，确定测量值是否超过阈值(步骤810)。如果它超过阈值，则测量值依次与每个周围值进行比较(步骤820)。如果测量值超过周围值，它被标记为峰值(830)。对每个交点重复该过程，直到完成(步骤840和850)。该方法在某种程度上是密集的，并且需要大量的处理器时间，甚至在快速嵌入式处理器上也需要大量的处理器时间。
图9a和9b示出一种改进的处理，该处理减少了这种处理时间和努力。该处理分两部分操作。图9a示出了这些部分的第一部分，第一部分在扫描仪中进行，即，是实际上执行输出电极的扫描来探测触摸的装置。该处理使用两个计数器值阵列、行计数器阵列RC，用于计数被探测到触摸(或超过阀值)的行的数量(每一行可由一个输出电极进行限定)，以及列计数器阵列CC，用于计数被探测到触摸(或超过阀值)的列的数量(每列可由一个输入电极限定)。
在步骤900，阵列RC和CC进行复位。在步骤905，随着每个值被扫描和存储，其与阈值电平进行比较910。(该比较可以与之前进行的“在触摸上的重取样”的方法相同，因此如果这两种方法都被执行，则该步骤可以被共享)。如果所述值超过所述阈值，行计数阵列RC计数器和列计数阵列CC计数器对于对应的行和列都递增(步骤915)。重复对每个交点的该处理，直到完成(步骤920和925)。
图9b示出了该处理的第二部分，在所述区域探测器中执行(即，该装置处理该扫描仪输出以计算触摸在传感器的哪个区域进行)。在步骤930，对行计数阵列RC中的RC计数器值超过零的数进行计数。这表示其中可找到超过阈值的值的行数。在步骤935中，对列计数阵列CC中的超过零的CC计数器值进行计数。这表示其中可找到超过阈值的值的列数。在步骤940，确定这些计数器阵列中的哪一个具有较大的超过零的数。如果列计数阵列CC具有较大数量的非零值，则在步骤945，选择第一行，(在步骤950)确定行计数阵列RC计数器是否超过零。如果其超过零，该行中每个值一个接一个地被处理(步骤955)，否则，跳过该行。这被重复用于每一行。如果在步骤940的确定正好相反，则在步骤960，选择第一列，这样(在步骤965)确定列计数阵列CC计数器是否超过零。如果其超过零，该列中每个值一个接一个地被处理(步骤970)，否则，跳过该列。这被重复用于每一列。
处理努力中的典型减少可以从图10的实施例中看出。这里在屏幕上触摸过四个点。最暗阴影单元超过触摸阈值电平，该触摸阈值电平在此设置为10。所述扫描仪还提供了行计数阵列RC和列计数阵列CC(粗体数字)。这些行计数阵列RC和列计数阵列CC分别含有在每个行和每个列中高于阈值的值的数量。例如，行计数阵列RC中第二个值设置为2，因为该行中两个值(11和20)超过阈值电平。因此，这是一种“非零”行。相反，行计数阵列RC中的第一个值设置为零，因为该行中没有超过阈值电平的值：其为“零行”。注意，触摸阈值和用于递增行或列计数器的阈值在本实施例中是相同的，尽管这并不是必须的。
一些输入(例如：沿着同一行的四个手指)有利于“零行”消除，而其他(例如：沿着相同列的四个手指)有利于“零列”消除，并且该算法试图基于在当前帧中的数据来选择消除的最优基础。在这里所示的特定实施例中，区域探测器计数非零行数：这里为4。然后，其计数非零列数：这里为5。由于有非零行少于非零列，区域探测器决定逐行遍历数据。当然，对于非正方形的传感器(即传感器的列数和行数不相等)，判断“零行”消除或“零列”消除是否是优选不如这里所示的这样直接。在确定最有效的方法时，考虑行和列尺寸的相对差值，应该选择一种不同的标准。配制这样的标准，因此相应地调整图9b的方法，这是在本领域技术人员的能力范围内的。
在该特定实施例中，通过检查行计数阵列RC，可以看出，第一行可以跳过而无需进一步努力。处理下两行，下两行跳过，下两行被处理，然后跳过整个传感器的下半部。这导致处理努力的非常显著的减少。
在图10所示的实施例中，区域探测器必须使用图8的方法进行处理的项目的数量：
16*16＝256
使用图9a和图9b的方法，区域探测器必须处理(在该特定实施例中)的项目的数量是：
16*4＝64
这是75％的处理减少。该改进因传感器尺寸、接触的数量、阈值限制和触摸图案的不同而不同，例如，在仅仅使用单个触摸时将会观察到更好的性能增益。在大多数情况下，可以获得大量的处理时间的改进，这可用于提高帧速率或降低处理硬件的成本。
应当注意的是，存在一种特殊情况，即没有接触，区域探测器避免检查任何数据值。
其它机构也可以看到以类似的方式的行/列消除中的效率提高。例如，模糊和去除杂点过滤器，以及区域探测器的其他部件，可受益于这些方法。
这里所示的特定行/列消除方法可以被改变。例如，当在其相应行/列中的值超过阈值时，一种替代方法使用整数行计数阵列和列计数阵列，则将有可能使用二进制标志(指示“零行/列”或非零行/列)并简单地设置这些二进制标志。而且，用于递增阵列计数器或设置二进制标记的阈值可以不同于触摸阈值。使用图10的实施例，该阈值设定为5，仅需要处理额外的两行(第一行和第四行)。
注意，如在此实施例中，行和列消除可以一起使用，或行消除或列消除中只有一个可以独自使用。一起使用将被期待在更多的情况下得到它们的优点，其代价是更多的代码以处理两者。
并联接收和转换
如参考图4和图5的说明，通过重复地在轴(x)上的输入电极上施加电压的变化，同时监测在另一轴(y)的输出电极上的电极上感应的电压峰值的幅度，完成完整的传感器扫描。在输出电极上的电压被放大并且峰值被探测，以及使用ADC(模数转换器)测量该电平。
当使用单个脉冲电路、单个接收电路和单个ADC时，进行完整的传感器扫描所花费时间的简单估计可以计算为：
扫描时间＝ECX*ECY*(tp+tADC)
其中，ECX是输入传感器电极的数量，ECY是输出传感器电极的数量，tp是脉冲时间+tADC是ADC读数的时间。
在上述扫描时间等式中使用以下实施例参数：ECX＝80、ECY＝48、脉冲时间＝1.0μs(估计值，其取决于先前信号至脉冲之间衰减所需的稳定时间)，且ADC读数的时间＝1.0μs(估计值，其取决于使用的ADC速度和精度设置)；扫描时间将是80*48*(1.0μs+1.0μs)＝7.68ms。因此，扫描速率，是扫描时间的倒数，是130Hz。
所述扫描速率在实践中是非常重要的，因为高扫描速率意味着对于用户的良好的触摸响应。并且，在有噪声的条件下，可以通过重复扫描来减少噪声的影响，这在扫描可以被快速地执行时明显更可行。
一种改善扫描时间的可行的方法可以是提供多个接收电路(每个输出电极用一个接收电路)，多路复用到单个ADC。这就只需要单个脉冲以在输入电极列下的各点处捕获响应值。然后，使用ADC来测量这些捕获的值，每次一个。这被重复用于每一列。用于该结构的总采样时间可以估计如下：
扫描时间＝ECX*(1*(tp)+ECY*(tADC))。
使用上述值，扫描时间可为80*(1*1.0μs+48*1.0μs)＝3.92ms，在这种情况下，扫描速率将是255Hz。相对于仅使用单个接收电路的系统，这是一个相当大的速度提升。
图11示出了这样一种装置，该装置能够进一步改善该扫描速率，同时减少硬件开销。该装置类似于图4的装置，但不使用接收电路460，而是有三个接收电路1160a、1160b、1160c。接收电路1160a、1160b、1160c中的每一个可以与图5所示的接收电路相同。特别重要的是使每个接收电路具有其自身的ADC。每个接收电路1160a、1160b、1160c经由专用多路复用器1150a、1150b、1150c连接到输出阵列，输出阵列的电极在多路复用器1150a、1150b、1150c之间共享。
通过使用三个接收电路，而不是先前实施例中的48个，需要少得多的硬件(减少了成本和板载空间)，但通过使用3个ADC仍有可能很快地完成扫描。对于每个发送的脉冲，立即在三个输出电极上测量接收脉冲。
这种结构的总采样时间如下：
扫描时间＝ECX*(ECY/3)*(tp+tADC)
使用上面的示例值，扫描时间可被估算为80*(48/3)*(1.0μs+1.0μs)＝2.56ms，提供391Hz的扫描速率。相对于之前已知的结构，这是一个相当大的速度提升，尽管降低了硬件成本。
如参考图5提及的，虽然在此使用峰值探测操作，但是基于计时的且没有峰值探测器的机构也能够起作用。而且，在实践中，实现扫描速率的进一步改进，可以通过布置在ADC测量峰值电压的同时将产生的脉冲衰减时间来实现。
应当注意到，虽然已经确定三个接收电路来提供扫描时间和硬件开销之间特别有利的兼顾，但是图11的布置可以被修改以包括不同数量的接收电路，例如2个、4个或5个。
接收电路交叉
以上提出的是，提供并联接收电路，以能够并行读取多个接收电极。在一个实施例中，提供了三个这样的接收电路，允许三个接收电极同时读取。以下实施例表示交叉的多路复用器接收电路可以如何使用减少数量的接收电极且不修改硬件结构来减少对较小的传感器尺寸扫描时间。
在普通尺寸的阵列中，可有48(或者3的另一个倍数)个接收电极。在这种情况下，将具有16个扫描周期，且在每一个扫描周期三个电极同时被扫描。该接收电路通常设置成使得一个接收电路被连接到第一组，该第一组包括在阵列中的第一组(例如，顶部)16个接收电极，另一个接收电路被连接到第二组，该第二组包括在阵列中的下一组(例如中间)16个电极，其他的接收电路被连接到第三组，该第三组包括在阵列中最后的(例如，底部)16个电极。在每个扫描周期，扫描每组中一个电极，使得第一组、第二组和第三组的每组中的第一电极在第一扫描周期被扫描，第一组、第二组和第三组的每组中的第二电极在第二扫描周期被扫描，等等。
图12示出了当较小的传感器(具有较少的接收电极的传感器)连接到这种接收布置时，这种接收布置所具有的缺点。这里示出具有34个接收电极的传感器的一个实施例。如前所述，它们成组布置，使得包括顶部16个电极(A1-A16)的第一组连接到一个接收电路，并且包括中部16个电极(B1-B16)的第二组连接到另一个接收电路。这意味着一个接收电路仅连接到两个电极(C1-C2)，构成第三组。这是低效率的，并且使得扫描该较小的34个电极阵列所需的扫描周期和扫描48个电极阵列所需的扫描周期的数量相同。仅在第一扫描周期和第二扫描周期是三个电极同时扫描：A1、B1和C1在第一扫描周期，以及A2、B2和C2在第二扫描周期。在随后的扫描周期的每个中，仅扫描第一组电极和第二组电极。
图13示出了电极如何在接收电路之间交叉，使得每个连续的电极依次连接到接收电路中的一个不同的接收电路。因此，第一组电极(A1、A2、A3等)包括从第一电极开始的每个第三电极，第二组电极(B1、B2、B3等)包括从第二电极开始的每个第三电极，第三组电极(C1、C2、C3等)包括从第三电极开始的每个第三电极。通过这种方式，当包括48个接收电极的传感器进行读取时，16个扫描周期仍是需要的，但是当(比方说)34个电极的传感器被连接时，只需要12个扫描周期，且可以实现效能节约。
百分比扫描仪(Percentage Scanner)
如前所述，当大阶跃(例如，24V)施加到输入电极中的一个时，在输出电极中的每一个上感应到小脉冲。通常，与传感器不接触时，这是大约50mV。该脉冲由接收电路处理，在此期间，小脉冲由接收电路的放大器放大。例如，如果放大器的有效增益为50，并且峰值探测器二极管压降是固定的0.5V，则通过ADC探测和转换所得的峰值电平可以是2.0V。
感应的脉冲的实际幅度取决于是否存在物体触摸脉冲输入电极交叉正在被测量的输出电极处的点。通常，这减小了在输出电极上看到的脉冲的高度多达约40％。因此，使用相同的示例值，当被触摸时，输出电极一般可看到约30mV的脉冲。这被放大到约50*30mV＝1.5V。峰值探测器二极管压降是0.5V，通常产生在ADC测量的1V。
为了探测触摸，1.5伏的阈值电平可以被设置。该阈值电平对于从噪声中区别真正的触摸是重要的。电压读数对于估计在两个电极之间的某处的触摸的准确位置也很重要。插值器视为不仅仅是在信号最受触摸影响的电极处，而且也在它周围的电极的平面。从这一点，能够估算触摸的精确的x、y位置，比“最近的电极”有更高的精确度。理论上，如果传感器仅具有80x48个电极，触摸的坐标位置可以被解析成(例如)4096x4096个网格上的点(虽然由于信号噪声结果将绝不会是精确的)。非常精确地测量信号被减少的量对于使插值器操作效果良好是重要的。
不幸的是，电极电压电平开始时都不相同。利用未被触摸的传感器，可以观察到电压峰值有些不同，这取决于输入和输出电极分别被脉冲并被测量。这可以是由于许多原因，例如，接近于金属框架，或在某些环境下的轨道电导率。通常，最为巨大的差异出现在电极的末端边缘上，在这可以看到输出电极上的脉冲显著减少，可能(例如)减少到其他电极上看到的电平的大约一半。如果在这种情况下，由接收电路处理后，探测的峰值电平可以是0.75V。利用设置为1.5伏特的阈值电平，该边缘电极读数总是探测为触摸，即使未被触摸。
解决这个问题的一种可能的方法是在传感器未被触摸时进行电压电平的扫描。这可以被记录为补偿值的完整x、y网格，一个补偿值的完整x、y网格用于在传感器的每个交点上。实际上，读数可以重复几次并平均以降低噪声的影响。在操作中，最终值可以从补偿值中减去。差值0指示没有发生触摸。较大的差值指示触摸。
例如，在传感器的中间可以看到以下值：
未被触摸的“补偿”值＝2.0V
触摸值＝1.0V
差值＝1.0V
因此，可以选择0.5V的差阈值，以使与其补偿值为0.5V的差值的或更大的差值的任何值都被视为触摸。
在边缘处，典型的补偿值可以是：
未被触摸的“补偿”值＝0.75V
触摸值＝25mV(在传感器边缘没有触摸的示例脉冲电平)*40％(由于触摸而降低的电平)*50(放大器增益)–0.5V(二极管压降)
＝0.25V
差值＝0.5V
差阈值为0.5V，这对于其是否将被探测为触摸是非常小的。
因此提出了一种“百分比扫描仪”。这增加了额外的处理阶段，在该阶段中电压降被计算为未被触摸的电压电平的百分比。该百分比值然后可以与阈值百分比降幅进行比较，以及用于插值器中。
因此，对于传感器中间的典型点：
未被触摸的值＝2.0V，对应于50mV脉冲
触摸值＝1.0V，对应于30mV脉冲
差值＝1V，对应于20mV差
变化百分比＝20mV/50mV＝40％降幅。
以及对于在相同的传感器的边缘处的点：
未被触摸的值＝0.75V，对应于25mV脉冲
触摸值＝0.25V，对应于15mV脉冲
差值＝0.5V，对应于10mV差
变化百分比＝10mV/25m V＝40％降幅。
因此，如果该阈值设置为例如20％降幅，则在传感器的中间和边缘两者中都可以可靠地探测出触摸。使用上述替代方案提供给插值器的这些值比它们原来更好，产生更精确的触摸位置估计。
该方法解决了穿过传感器的不均匀耦合的问题，允许与实际传感器相一致的触摸探测和精确触摸位置估计。
要理解的是，在一些实施例中，构成上述各种布置的特定组成部分是逻辑名称。因此，这些组成部分提供的功能可以以一些方式表现为不精确地符合上述和图中所示的形式。例如，一些方面，特别是本文公开的触摸探测方法的许多方面，可以以包括指令(即，计算机程序)的计算机程序产品的形式实现，这些指令可以实现在处理器上，存储在数据子载体上，例如软盘、光盘、硬盘、EPROM、RAM、闪存或它们的任意组合、或者其它存储介质，或经由网络(如以太网、无线网络、因特网，或其他网络的这些的任意组合)上的数据信号发送，或以硬件实现为ASIC(专用集成电路)或FPGA(现场可编程门阵列)或其他可配置的或定制的电路，以适于使用于适配传统等效设备。
应当理解的是，本文所公开的方法和装置是互补的，并且其中一些或全部可以结合在单一方法或装置中。

Claims (31)

1.一种触摸感应显示器，其包括传感器，该传感器具有电极的输入阵列以及电容性地耦合其上的电极的输出阵列；其中，所述触摸感应显示器包括控制器，该控制器可操作以在所述输入阵列与所述输出阵列的每个交点处执行扫描操作，所述扫描操作包括：
测量交点的触摸值；
确定关于所述交点的所述触摸值和基准触摸值之间的比例差，作为所述基准触摸值的比例；以及
将所述比例差和预定的比例触摸阈值进行比较，以便确定在该交点是否有触摸事件；以及
其中，所述控制器还可操作以测量每个交点的所述基准触摸值。
2.根据权利要求1所述的触摸感应显示器，其中，所述预定的比例触摸阈值在5％和50％之间。
3.根据权利要求1所述的触摸感应显示器，其中，所述预定的比例触摸阈值在10％和30％之间。
4.根据权利要求1所述的触摸感应显示器，其中，所述传感器是可操作的，使得施加到所述输入阵列中的电极中的一个电极上的电压的变化产生输出阵列电极上的电压脉冲，该电压脉冲的幅度指示触摸事件。
5.根据权利要求2所述的触摸感应显示器，其中，所述传感器是可操作的，使得施加到所述输入阵列中的电极中的一个电极上的电压的变化产生输出阵列电极上的电压脉冲，该电压脉冲的幅度指示触摸事件。
6.根据权利要求3所述的触摸感应显示器，其中，所述传感器是可操作的，使得施加到所述输入阵列中的电极中的一个电极上的电压的变化产生输出阵列电极上的电压脉冲，该电压脉冲的幅度指示触摸事件。
7.根据权利要求1-6中任一项所述的触摸感应显示器，其中，所述电极的输入阵列中的每一个电极和所述电极的输出阵列中的每一个电极包括导线，该导线用绝缘涂层单独绝缘。
8.根据权利要求7所述的触摸感应显示器，其中，所述导线的直径是8μm至18μm。
9.根据权利要求7所述的触摸感应显示器，其中，所述绝缘涂层包括具有1μm至2μm厚的聚氨酯涂层。
10.根据权利要求8所述的触摸感应显示器，其中，所述绝缘涂层包括具有1μm至2μm厚的聚氨酯涂层。
11.根据权利要求1-6中任一项所述的触摸感应显示器，其中，所述电极的输入阵列中的电极被布置成实质上垂直于所述电极的输出阵列中的电极，每个交点位于输入电极交叉输出电极的位置。
12.根据权利要求1-6中任一项所述的触摸感应显示器，其中，所述电极的输入阵列和所述电极的输出阵列彼此叠置，以便在面板中形成单个电极阵列层。
13.根据权利要求1-6中任一项所述的触摸感应显示器，其中，所述控制器还可操作以通过在输入电极上发送脉冲和监测在一个或更多个输出电极上的对应的脉冲能量来探测在交点处的触摸，由于所述输入电极和所述一个或更多个输出电极之间的电容耦合引起所述对应的脉冲。
14.一种操作触摸感应显示器的方法，所述触摸感应显示器包括传感器，该传感器具有电极的输入阵列以及电容性地耦合其上的电极的输出阵列；所述方法包括，在所述输入阵列与所述输出阵列的每个交点处执行扫描操作，所述扫描操作包括：
测量交点的触摸值；
确定关于所述交点的所述触摸值和基准触摸值之间的比例差，作为所述基准触摸值的比例；以及
将所述比例差与预定的比例触摸阈值进行比较，以便确定在该交点处是否有触摸事件；以及
所述方法还包括测量每个交点的所述基准触摸值的步骤。
15.根据权利要求14所述的方法，其中，所述预定的比例触摸阈值在5％和50％之间。
16.根据权利要求14所述的方法，其中，所述预定的比例触摸阈值在10％至30％之间。
17.根据权利要求14所述的方法，其中，施加到所述输入阵列中的电极中的一个电极的电压的变化产生所述输出阵列电极上的电压脉冲，该电压脉冲的幅度指示触摸事件。
18.根据权利要求15所述的方法，其中，施加到所述输入阵列中的电极中的一个电极的电压的变化产生所述输出阵列电极上的电压脉冲，该电压脉冲的幅度指示触摸事件。
19.根据权利要求16所述的方法，其中，施加到所述输入阵列中的电极中的一个电极的电压的变化产生所述输出阵列电极上的电压脉冲，该电压脉冲的幅度指示触摸事件。
20.根据权利要求14至19中任一项所述的方法，其中，所述电极的输入阵列中的电极被布置成实质上垂直于所述电极的输出阵列中的电极，每个交点位于输入电极交叉输出电极的位置。
21.根据权利要求14至19中任一项所述的方法，其中，所述电极的输入阵列和所述电极的输出阵列彼此叠置，以便在面板中形成单个电极阵列层。
22.根据权利要求14至19中任一项所述的方法，其中，所述方法还包括通过在输入电极上发送脉冲和监测在一个或更多个输出电极上对应的脉冲能量以探测在交点处的触摸，由于所述输入电极和所述一个或更多个输出电极之间的电容耦合引起所述对应的脉冲。
23.一种用于操作触摸感应显示器的计算机可执行的系统，所述触摸感应显示器包括传感器，该传感器具有电极的输入阵列以及电容性地耦合其上的电极的输出阵列；所述系统包括：用于在所述输入阵列与所述输出阵列的每个交点处执行扫描操作的模块，所述扫描操作包括：
测量交点的触摸值；
确定关于所述交点的所述触摸值和基准触摸值之间的比例差，作为所述基准触摸值的比例；以及
将所述比例差与预定的比例触摸阈值进行比较，以便确定在该交点处是否有触摸事件；以及
所述系统还包括用于测量每个交点的所述基准触摸值的模块。
24.根据权利要求23所述的系统，其中，所述预定的比例触摸阈值在5％和50％之间。
25.根据权利要求23所述的系统，其中，所述预定的比例触摸阈值在10％至30％之间。
26.根据权利要求23所述的系统，其中，施加到所述输入阵列中的电极中的一个电极的电压的变化产生所述输出阵列电极上的电压脉冲，该电压脉冲的幅度指示触摸事件。
27.根据权利要求24所述的系统，其中，施加到所述输入阵列中的电极中的一个电极的电压的变化产生所述输出阵列电极上的电压脉冲，该电压脉冲的幅度指示触摸事件。
28.根据权利要求25所述的系统，其中，施加到所述输入阵列中的电极中的一个电极的电压的变化产生所述输出阵列电极上的电压脉冲，该电压脉冲的幅度指示触摸事件。
29.根据权利要求23至28中任一项所述的系统，其中，所述电极的输入阵列中的电极被布置成实质上垂直于所述电极的输出阵列中的电极，每个交点位于输入电极交叉输出电极的位置。
30.根据权利要求23至28中任一项所述的系统，其中，所述电极的输入阵列和所述电极的输出阵列彼此叠置，以便在面板中形成单个电极阵列层。
31.根据权利要求23至28中任一项所述的系统，其中，所述系统还包括用于通过在输入电极上发送脉冲和监测在一个或更多个输出电极上对应的脉冲能量以探测在交点处的触摸的模块，由于所述输入电极和所述一个或更多个输出电极之间的电容耦合引起所述对应的脉冲。
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PB01 Publication
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